CH714284B1 - Verteilter faseroptischer Sensor. - Google Patents

Verteilter faseroptischer Sensor. Download PDF

Info

Publication number
CH714284B1
CH714284B1 CH00270/19A CH2702019A CH714284B1 CH 714284 B1 CH714284 B1 CH 714284B1 CH 00270/19 A CH00270/19 A CH 00270/19A CH 2702019 A CH2702019 A CH 2702019A CH 714284 B1 CH714284 B1 CH 714284B1
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
optical
fiber
optical radiation
radiation
brillouin
Prior art date
Application number
CH00270/19A
Other languages
English (en)
Inventor
Nikolaevich Burov Vladimir
Vladimirovich Semenyuga Vyacheslav
Vladimirovna Zenkina Yana
Borisovich Zakharov Dmitriy
Ivanovich Perederiy Vyacheslav
Anatol'yevich Yakovlev Vadim
Original Assignee
Llc Tst Engineering Ul Moskovskaya
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Llc Tst Engineering Ul Moskovskaya filed Critical Llc Tst Engineering Ul Moskovskaya
Publication of CH714284B1 publication Critical patent/CH714284B1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/35338—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using other arrangements than interferometer arrangements
    • G01D5/35354—Sensor working in reflection
    • G01D5/35358—Sensor working in reflection using backscattering to detect the measured quantity
    • G01D5/35364—Sensor working in reflection using backscattering to detect the measured quantity using inelastic backscattering to detect the measured quantity, e.g. using Brillouin or Raman backscattering
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G01B11/18—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge using photoelastic elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G01N21/57—Measuring gloss

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen verteilten faseroptischen Sensor auf Grundlage der Brillouin-Lichtstreuung, mit optischer Faser als Aufnehmer, der zur Verteilungsmessung mechanischer Spannungen und/oder der Temperatur mit hoher Präzision und Ortsauflösung verwendet werden kann. Der erfindungsgemässe Sensor umfasst zwei Quellen optischer Strahlung (1, 2), eine optische Messfaser (3) und einen optischen Strahlungsdetektor (4), wobei die optische Messfaser (3) mit der ersten optischen Strahlungsquelle (1) und mit dem optischen Strahlungsdetektor (4) durch eine faseroptische Übertragungsleitung verbunden ist, deren Länge mind. die Hälfte der Länge der optischen Messfaser beträgt, und die faseroptische Übertragungsleitung zwei gegeneinander isolierte Leitungswege (5, 6) umfasst.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft verteilte faseroptische Sensoren auf Grundlage der Brillouin-Lichtstreuung, mit optischen Fasern als Aufnehmer, die zur Verteilungsmessung mechanischer Spannungen und/oder der Temperatur mit hoher Präzision und Ortsauflösung verwendet werden können.
[0002] Aus dem Stand der Technik sind faseroptische Sensoren zur Verteilungsmessung solcher physikalischen Größen wie z. B. Temperatur, Verformung oder hydrostatischer Druck entlang einer empfindlichen optischen Faser bekannt, die nach dem Prinzip der Erfassung der Parameterverteilung der Streustrahlung-Feinstruktur und zwar der Brillouin-Lichtstreuung, auch Brillouin-Mandelstam-Streuung genannt, funktionieren. Der Ort der Parametermessung (Druck, Verformung, Temperatur) wird durch die Umrechnung der Verzögerungszeit zwischen der Abtastung und der Streuungssignalerfassung in die Distanz, die dem Weg der Lichtstrahlung in optischer Faser vom Auswertegerät bis zum Streuungsort und zurück entspricht, bestimmt.
[0003] Die Messung der Verzögerungszeit kann direkt erfolgen, wie z. B. in einem bekannten faseroptischen Brillouin-Auswertegerät (RU140707U1, veröffentlicht am 20.05.2014). Im bekannten Auswertegerät wird die Methode der Brillouin-Optischen-Zeitbereichsanalyse (BOTDA, Brillouin Optical Time Domain Analysis) auf Basis von Prinzipien der optischen Zeitbereichsreflektometrie (OTDR, Optical Time Domain Reflectometry) verwendet. Im bekannten Auswertegerät wird die Verzögerungszeit zwischen dem Impuls der optischen Strahlung, die an der Brillouin-Streuung teilnimmt, und dem durch die Fotozelle erfassten Signal, das der Brillouin-Streuung zugeordnet wird und in der optischen Faser in der Richtung, die der Richtung des Impulses entgegengesetzt ist, fortschreitet.
[0004] Aus dem Stand der Technik ist ein anderes Verfahren zur Verzögerungszeitmessung bekannt (sh. z. B. europäische Patentanmeldung EP 2110646 A2, veröffentlicht: 11.12.2013; Journal of Lightwave Technology, Vol. 15, No. 4, pp. 654-662 1997, veröffentlicht 04.1997). In dem bekannten Verfahren wird die Methode der Brillouin-Optischen-Frequenzbereichsanalyse (BOFDA, Brillouin Optical Frequency Domain Analysis) auf Basis von Prinzipien der optischen Frequenzbereichsreflektometrie (OFDR, Optical Frequency Domain Reflectometry) verwendet. In bekannten Einrichtungen wird die Abhängigkeit der Amplitude und der Phase des optischen Signals, das der Brillouin-Streuung zugeordnet wird, von der Modulationsfrequenz einer der optischen Wellen. Dann wird durch die Fourier-Transformation der Frequenzabhängigkeit die Zeitabhängigkeit, die analog der durch die Brillouin-Optischen-Zeitbereichsanalyse erfassten Abhängigkeit ist, berechnet.
[0005] Brillouin-Streuung in der optischen Faser kann als Lichtbeugung in beweglicher Gitter der durch die Schallwelle erzeugte Brechzahl betrachtet werden. Das von dem Gitter zurückgestrahlte Signal wird Doppler verschiebt nach Frequenz, da das Gitter sich mit der Schallgeschwindigkeit bewegt. Die Schallgeschwindigkeit ist direkt mit der Werkstoffdichte verbunden und ist von der Werkstofftemperatur sowie von der inneren mechanischen Spannung (Verformung) abhängig. Also enthält die Größe des Brillouin-Offsets die Information über die Temperatur und Verformung im Streuungspunkt. Zur präzisen Verformungsbestimmung wird die Temperaturmessung und Subtrahieren des Temperaturbeitrags im Brillouin-Offset, also Temperaturkompensation, benötigt. Beim Schutz der optischen Faser von äußeren mechanischen Einwirkungen hängt der Brillouin-Offset ausschließlich von der Temperatur ab. Die Messung des Frequenz-Brillouin-Offsets erlaubt also die Temperatur und die Verformung zu messen.
[0006] Es gibt im Handel verfügbare faseroptische Temperatur- und Verformungssensoren auf Grundlage der Brillouin-Lichtstreuung (sh. z. B., URL: http://www.fibristerre.de/products-andservices/, Abrufdatum 13.05.2016; URL: http://www.neubrex.com/htm/products.htm, Abrufdatum 13.05.2016; URL: http://omnisens.ch/ditest/3511-ditest-aim.php, Abrufdatum 13.05.2016), die dazu bestimmt sind, Leckagen in Rohrleitungen zu detektieren, sowie in Systemen der Bodenbewegungs-, Gebäudezustands-, Anlagenzustands- und Übertragungsleitungskontrolle verwendet zu werden.
[0007] Die nächste technische Lösung (Prototyp) ist ein bekannter verteilter faseroptischer Sensor zur Verformungs- und/oder Temperaturmessung (siehe RU2346235C2, veröffentlicht am 27.07.2008), in dem die Methode der Brillouin-Streuung verwendet wird. Der bekannte Sensor enthält eine Quelle der stufenweisen optischen (Licht-) Strahlung zur Bildung eines optischen Impulses mit stufenweiser Verteilung der in Richtung Zentrum steigender Lichtintensität und eine Quelle der ununterbrochenen Lichtstrahlung zur Bildung der ununterbrochenen Lichtstrahlung. Der Sensor enthält auch empfindliche optische Faser, die den optischen Impuls als sondierende Lichtstrahlung aufnimmt, wobei die ununterbrochene Lichtstrahlung eine auffallende Anregungsstrahlung ist, die die Brillouin-Streuung zwischen der sondierenden Lichtstrahlung und der Lichtanregungsstrahlung hervorruft, und auch den Detektor der Brillouin-Streuung im Zeitbereich zur Erfassung des Brillouin-Abschwächungsbereiches bzw. der Brillouin-Verstärkungsbereiches der Lichtstrahlung, die aus der empfindlichen optischen Faser ausgeht und der Brillouin-Streuung zugeordnet wird. In dem bekannten Sensor wird die Verformung innerhalb der empfindlichen optischen Faser und/oder der Temperatur der empfindlichen optischen Faser anhand eines bestimmten Spektrums der Brillouin-Abschwächung oder Brillouin-Verstärkung gemessen.
[0008] Der Nachteil des bekannten Sensors besteht darin, dass er den Faserabsehnnt mit der Brillouin-Streuung nicht eingrenzen kann, so dass der Detektor das der Brillouin-Streuung zugeordneten Signal enthält, wobei diese Streuung in der ganzen empfindlichen optischen Faser stattfindet, was zur Vergrößerung der Messungsdauer, Minderung des Verhältnisses Signal/Rauschen und Begrenzung der Distanz zwischen den Lichtquellen/dem Detektor und dem entferntesten Abschnitt der empfindlichen optischen Faser führt.
[0009] Durch den erfindungsgemäßen Sensor wird folgende Aufgabe gelöst: Verbesserung der betriebstechnischen Eigenschaften und Sicherstellung von Messungen in einem ausreichend großen Abstand von zu Anordnungsbedingungen sensiblen Sensorteilen (Lichtquellen und Detektor).
[0010] Technisches Ergebnis des Sensors - Vergrößerung der Distanz von den Lichtquellen und dem Detektor bis zum entferntesten Abschnitt der empfindlichen optischen Faser, Minderung der Messungsdauer, Erhöhung des Verhältnisses Signal/Rauschen.
[0011] Dieses Ergebnis wird dadurch erreicht, dass der verteilte faseroptische Sensor zur Messung der Verformung und/oder Temperatur nach dem Prinzip der Brillouin-Streuung, bestehend aus einer Quelle der 1. optischen Strahlung, einer Quelle der 2. optischen Strahlung, empfindlicher optischer Faser und dem Detektor optischer Strahlung, wobei das 1. Ende der empfindlichen optischen Faser mit der Quelle der 1. optischen Strahlung verbunden ist, das 2. Ende der empfindlichen optischen Faser mit der Quelle der 2. optischen Strahlung verbunden ist, damit Brillouin-Streuung zwischen der 1. und der 2. optischen Strahlung entsteht, und der Detektor mit dem 1. Ende der empfindlichen optischen Faser zur Erfassung der Strahlung, die aus der empfindlichen optischen Faser ausgeht und der Brillouin-Streuung zugeordnet wird, verbunden ist, wobei die empfindliche optische Faser mit der Quelle der 1. optischen Strahlung und mit dem Detektor der optischen Strahlung durch die faseroptische Übertragungsleitung verbunden ist, deren Länge mind. die Hälfte der Länge empfindlicher optischer Faser beträgt, wobei die Quelle der 1. optischen Strahlung mit empfindlicher optischer Faser bzw. empfindliche optische Faser mit dem Detektor der optischen Strahlung durch 2 gegeneinander isolierte Linien verbunden sind.
[0012] Die empfindliche optische Faser kann mit den faseroptischen Linien durch einen optischen Zirkulator verbunden sein.
[0013] Die Verformung und/oder die Temperatur kann anhand eines bestimmten Spektrums der Brillouin-Abschwächung gemessen werden.
[0014] Die Verformung und/oder die Temperatur kann anhand eines bestimmten Spektrums der Brillouin-Verstärkung gemessen werden.
[0015] Die Quelle der 1. optischen Strahlung, die Quelle der 2. optischen Strahlung und der Detektor der optischen Strahlung können in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein.
[0016] Die Vorteile und Eigenschaften des erfindungsgemäßen Sensors werden anhand beiliegender Zeichnungen erläutert. Fig. 1 zeigt das allgemeine Funktionsschema des erfindungsgemäßen verteilten faseroptischen Sensors zur Messung der Verformung und/oder Temperatur nach der Methode der Brillouin-Streuung.
[0017] Verteilter faseroptischer Sensor (Fig. 1) zur Messung der Verformung und/oder Temperatur anhand der Brillouin-Streuung, bestehend aus Quelle 1 der 1. optischer Strahlung, Quelle 2 der 2. optischer Strahlung, empfindlicher optischer Faser 3 und dem Detektor 4 der optischen Strahlung.
[0018] Das 1. Ende der empfindlichen optischen Faser 3 ist mit der Quelle 1 der 1. optischen Strahlung und dem Detektor 4 der optischen Strahlung mit einer faseroptischen Übertragungsleitung verbunden, wobei 2 gegeneinander isolierte Übertragungsleitungen 5 und 6 verwendet werden. Die Verbindung kann durch einen optischen Zirkulator 7 ausgeführt sein.
[0019] Die Quelle 1 der 1. optischen Strahlung, die Quelle 2 der 2. optischen Strahlung und der Detektor 4 der optischen Strahlung können in einem gemeinsamen Gehäuse 8 untergebracht sein, z. B. so, wie es aus dem Stand der Technik bei verteilten faseroptischen Sensoren bekannt ist.
[0020] Verteilter faseroptischer Sensor (Fig. 1) funktioniert folgendermaßen.
[0021] Die Quelle 1 sendet die 1. optische Strahlung, die durch die 1. faseroptische Übertragungslinie 5 und optischen Zirkulator 7 in die empfindliche optische Faser 3 gerät und darin ausbreitet. Dabei sichert die Linie 5 die Übertragung der 1. optischen Strahlung mit geforderten Eigenschaften ohne Störungen. Die Quelle 2 strahlt die 2. optische Strahlung aus, die in die empfindliche optische Faser 3 gerät und sich darin entgegen der 1. optischen Strahlung ausbreitet. Die Quellen 1 und 2 verfügen über Eigenschaften, die ihre Verwendbarkeit für entsprechende Brillouin-Optische-Analyse erlauben. In der empfindlichen optischen Faser 3 entsteht die Brillouin-Streuung zwischen der 1. und der 2. optischen Strahlung, wodurch ein Signal generiert wird, das der Brillouin-Streuung zugeordnet wird, das sich in der empfindlichen optischen Faser 3 ausbreitet und durch die Übertragungsleitung 6 auf den Detektor 4 auftrifft. Dabei sichert die Linie 6 die Übertragung der optischen Strahlung mit geforderten Eigenschaften ohne Störungen. Die empfindliche optische Faser 3 kann mit den faseroptischen Linien 5 und 6 durch einen optischen Zirkulator 7 verbunden sein. Optischer Zirkulator 7 führt die 1. optische Strahlung von der mit der Quelle 1 verbundenen Linie 5 in die empfindliche optische Faser 3 und die Strahlung aus der empfindlichen optischen Faser 3 in die Linie 6, die mit dem Detektor 4 verbunden ist. Der Zirkulator 7 vermeidet den störenden Eintritt der 1. optischen Strahlung auf den Detektor 4, den Eintritt der Strahlung von der empfindlichen optischen Faser 3 auf die Quelle 1, sowie sichert die Strahlungsübertragung aus der empfindlichen optischen Faser 3 auf den Detektor 4 mit niedrigen Verlusten. Optische Zirkulatoren sind Standardkomponenten und sind im Handel zu beziehen (sh. z. B. URL: https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=373, Abrufdatum 13.05.2016).
[0022] Detektor 4 erfasst den Spektrum der Brillouin-Abschwächung bzw. der Brillouin-Verstärkung der optischen Strahlung, die aus der empfindlichen optischen Faser 3 auskommt und der Brillouin-Streuung zugeordnet wird, und bestimmt die Verformung und/oder Temperatur der empfindlichen optischen Faser 3 anhand eines bestimmten Spektrums der Brillouin-Abschwächung oder Brillouin-Verstärkung.
[0023] Die Ortsverteilung der Messgröße entlang der empfindlichen optischen Faser wird nach den aus dem Stand der Technik bekannten Methoden bestimmt. Im erfindungsgemäßen Sensor kann das Verfahren der Brillouin-Optischen-Zeitbereichsanalyse (BOTDA) verwendet werden, wenn die 1. optische Strahlung ein Impuls ist und der Detektor der optischen Strahlung die aus der empfindlichen optischen Faser austretende und der Brillouin-Streuung zugeordnete Strahlung in Abhängigkeit von der Verzögerungszeit in Bezug auf den Impuls der 1. optischen Strahlung erfasst. Die Distanz zum Messpunkt wird auf Grund der Neuberechnung der entsprechenden Verzögerungszeit berechnet. In diesem Fall können die Quellen 1, 2 und der Detektor 4 auf die gleiche Weise wie bei der nächsten technischen Lösung (Prototyp) ausgeführt werden.
[0024] Im erfindungsgemäßen Sensor kann das Verfahren der Brillouin-Optischen-Frequenzbereichsanalyse (BOFDA) verwendet werden, wenn die 1. optische Strahlung harmonisch nach Amplitude moduliert wird und der Detektor der optischen Strahlung die Phase und die Amplitude der Strahlung in Abhängigkeit von der Modulationsfrequenz der 1. optischen Strahlung, die aus der empfindlichen optischen Faser austritt und der Brillouin-Streuung zugeordnet wird, erfasst. In diesem Fall können die Quellen 1, 2 und der Detektor 4 auf dieselbe Weise hergestellt werden wie bei dem handelsüblichen System anhand der Brillouin-Streuung, das aus dem Stand der Technik bekannt ist. (sh. URL: http://www.fibristerre.de/products-andservices/, Abrufdatum 13/05/2016).
[0025] In der Kommunikationsindustrie werden faseroptische Übertragungsleitungen häufig zum Senden und Empfangen von optischen Signalen verwendet. Eine faseroptische Übertragungsleitung ist eine Kombination linearer Leitungen von faseroptischen Übertragungssystemen mit einem gemeinsamen optischen Kabel, linearer Einrichtungen und Wartungseinrichtungen innerhalb der Wirkungsgrenzen. Unerlässliche Linienkomponenten einer faseroptischen Übertragungsleitung sind optische Faser. Optische Faser werden durch die Dämpfung des optischen Signals und die Dispersionseigenschaften gekennzeichnet. Die typische Dämpfung der Strahlung mit einer Wellenlänge von 1550 nm in verbundenen Singlemode-Lichtleitfasern beträgt 0,19 bis 0,22 dB/km, chromatische Dispersion beträgt etwa 20 ps/(nm·km). Wenn optische Strahlung entlang den Linien 5 und 6 übertragen wird, nimmt die Amplitude des optischen Signals aufgrund der Abschwächung ab und die zeitliche Signalform kann aufgrund der chromatischen Dispersion verzerrt sein.
[0026] Um die Amplitude des optischen Signals in den Linien 5 und 6 wiederherzustellen, können in der Kommunikationsbranche weit verbreitete optische Verstärker verwendet werden, beispielsweise Erbium- oder Raman-Verstärker, die in einer bestimmten Distanz installiert werden, so dass der Verstärkungswert die Gesamtdämpfung und den optischen Leistungsverlust im vorherigen Abschnitt kompensiert. Die typische Länge des Linienabschnitts ohne Verstärker beträgt 50 km, was einem Verlust der optischen Signalleistung um 10 dB entspricht.
[0027] Neben Wartungseinrichtungen (optischen Verstärkern) können in den Linien 5 und 6 spektrale optische Filter eingesetzt werden, die das optische Nutzsignal aus dem Wellenlängenspektrum vom spektralen Rauschen optischer Verstärker filtern, beispielsweise von spontaner Emission eines Erbium-Verstärkers. Um die zeitliche Wellenform des Signals wiederherzustellen, können Dispersionskompensatoren (Faser- oder Halbleiterkompensatoren) verwendet werden, die die im vorherigen Abschnitt der Linie akkumulierte Dispersion kompensieren. Die Verwendung von optischen Fasern, die den Polarisationszustand des Signals unterstützen, ermöglicht es, die Polarisationsmodendispersion zu vermeiden und Verzerrungen in der Übertragungsleitung zu reduzieren. Die Kombination eines optischen Verstärkers mit einem in Reihe geschalteten Dispersionskompensator in der Linie stellt einen Repeater dar, der die Form des über die Linie 6 übertragenen Signals zum ursprünglichen Zustand zurückbringen, d. h. das Signal wiederholen, kann.
[0028] Es sei zu erwähnen, dass in der Linie 6 keine Brillouin-Streuung auftritt, die durch die Wechselwirkung der 1. und 2. optischen Strahlung, die sich gegeneinander ausbreiten, verursacht wird, da sich keine 1. optische Strahlung in die Gegenrichtung ausbreitet. Somit verhindert die Verwendung der Linie 6 zur Verbindung der empfindlichen optischen Faser 3 mit dem Detektor 4 nichtlineare Verzerrungen der übertragenen optischen Strahlung und begrenzt den Bereich, in dem die Brillouin-Streuung auftritt, bis auf die empfindliche optische Faser 3.
[0029] Die Länge der faseroptischen Übertragungsleitung beträgt mind. die Hälfte der empfindlichen optischen Faser 3. Die Länge der empfindlichen optischen Faser 3 wird mit L bezeichnet. Wenn die Länge der faseroptischen Übertragungsleitung L/2 (die Hälfte der Länge der empfindlichen optischen Faser 3) beträgt, beträgt die max. Entfernung bis zum entferntesten Abschnitt der empfindlichen optischen Faser 3 von den Quellen optischer Strahlungen und vom Detektor 4 den Wert 3L/4. Wenn z. B. die Quellen optischer Strahlungen 1, 2 und der Detektor 4 in einem gemeinsamen Gehäuse 8 untergebracht sind, wird diese Entfernung erreicht, wenn die faseroptische Übertragungsleitung und die empfindliche optische Faser 3 fluchten, so dass die faseroptische Übertragungsleitung mit der empfindlichen optischen Faser in der Entfernung L/2 vom Gehäuse 8 verbunden wird, die empfindliche optische Faser zusätzlich bis L/4 reicht und dann zurückgeführt wird, so dass die restliche Länge 3L/4 für die Verbindung mit in einem gemeinsamen Gehäuse 8 untergebrachten Quelle 1 und Detektor 4 ausreicht. Wenn die faseroptische Übertragungsleitung fehlt, ist es offenbar, dass die max. mögliche Entfernung bis zum entferntesten Abschnitt der empfindlichen optischen Faser 3 von den Quellen optischer Strahlungen 1, 2 und vom Detektor 4 den Wert L/2 beträgt. Also beträgt die Vergrößerung der oben genannten Entfernung bei Verwendung der Linie 6 den Wert L/4, d. h. 50% vom L/2. Also erlaubt die Wahl solcher Länge der faseroptischen Übertragungsleitung wesentliche Vergrößerung der max. möglichen Entfernung zwischen dem entferntesten Abschnitt der empfindlichen optischen Faser 3 und den Quellen optischer Strahlungen 1, 2 / Detektor 4.
[0030] Eine Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses wird für Sensoren erreicht, wenn Messungen in einer Entfernung von optischen Strahlungsquellen 1, 2 und dem Detektor 4 erforderlich sind, da die Linie 6 die Übertragung optischer Strahlung von der empfindlichen optischen Faser 3 zum Detektor 4 ohne oben genannten Verzerrungen, die bei der Übertragung der Strahlung in empfindlicher optischer Faser entstehen würden, ermöglicht. Es sei auch zu erwähnen, dass die Verwendung des Zirkulators 7 verhindert, dass die Strahlung aus der empfindlichen optischen Faser 3 in die Linie 5 eintritt, was eine Brillouin-Streuung verhindert, die durch die Wechselwirkung der 1. und der 2. sich gegeneinander ausbreitenden optischen Strahlung entsteht, und somit die Übertragung der 1. optischen Strahlung von der Quelle 1 bis zur empfindlichen optischen Faser 3 ohne oben genannten Verzerrungen ermöglicht, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis weiter erhöht wird.
[0031] Eine Verringerung der Messzeit wird für Sensoren erreicht, wenn Messungen in einer Entfernung von den Quellen der optischen Strahlung 1, 2 und dem Detektor 4 erforderlich sind, da in der Linie 5 keine Brillouin-Streuung auftritt, so dass der durch optische Reflektometrie analysierte Faserabschnitt bis auf empfindliche optische Faser 3 gekürzt wird, wodurch die Messzeit - entsprechend der Verringerung der Laufzeit der 1. optischen Strahlung in empfindlicher optischer Faser 3 von der faseroptischen Übertragungsleitung bis zur Quelle 2 und zurück zum Detektor 4 - verringert wird.
[0032] Es ist auch zu erwähnen, dass die typische max. zulässige Länge der empfindlichen optischen Faser 50 km nicht überschreitet, so dass die Länge der faseroptischen Übertragungsleitung nicht weniger als die Hälfte der Länge der empfindlichen optischen Faser 3 beträgt, die unter Verwendung von standardisierten Kommunikationslösungen einfach realisierbar ist.

Claims (5)

1. Verteilter faseroptischer Sensor zur Messung der Verformung und/oder Temperatur nach dem Prinzip der Brillouin-Streuung, umfassend eine erste optische Strahlungsquelle (1) zur Erzeugung einer ersten optischen Strahlung, eine zweite optische Strahlungsquelle (2) zur Erzeugung einer zweiten optischen Strahlung, eine optische Messfaser (3) und einen optischen Strahlungsdetektor (4), wobei ein erstes Ende der optischen Messfaser (3) mit der ersten optischen Strahlungsquelle (1) verbunden ist, ein zweites Ende der optischen Messfaser (3) mit der zweiten optischen Strahlungsquelle (2) verbunden ist, damit Brillouin-Streuung zwischen der ersten und der zweiten optischen Strahlung entsteht, und der optische Strahlungsdetektor (4) mit dem ersten Ende der optischen Messfaser zur Erfassung der Strahlung, die aus der optischen Messfaser ausgeht und der Brillouin-Streuung zugeordnet wird, verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Messfaser (3) mit der ersten optischen Strahlungsquelle (1) und mit dem optischen Strahlungsdetektor (4) durch eine faseroptische Übertragungsleitung verbunden ist, deren Länge mind. die Hälfte der Länge der optischen Messfaser beträgt, wobei die erste optische Strahlungsquelle (1) mit der optischen Messfaser (3) und die optische Messfaser (3) mit dem optischen Strahlungsdetektor (4) durch zwei gegeneinander isolierte Leitungswege (5, 6) der faseroptischen Übertragungsleitung verbunden sind.
2. Verteilter faseroptischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Messfaser (3) mit den zwei Leitungswegens (5, 6) der faseroptischen Übertragungsleitung durch einen optischen Zirkulator (7) verbunden ist.
3. Verteilter faseroptischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung und/oder Temperatur anhand eines bestimmten Spektrums der Brillouin-Abschwächung gemessen wird.
4. Verteilter faseroptischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung und/oder Temperatur anhand eines bestimmten Spektrums der Brillouin-Verstärkung gemessen wird.
5. Verteilter faseroptischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste optische Strahlungsquelle (1), die zweite optische Strahlungsquelle (2) und der optische Strahlungsdetektor (4) in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.
CH00270/19A 2016-09-06 2017-08-25 Verteilter faseroptischer Sensor. CH714284B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016135839 2016-09-06
PCT/RU2017/000621 WO2018048327A1 (ru) 2016-09-06 2017-08-25 Распределенный волоконно-оптический датчик

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH714284B1 true CH714284B1 (de) 2021-10-29

Family

ID=61562199

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH00270/19A CH714284B1 (de) 2016-09-06 2017-08-25 Verteilter faseroptischer Sensor.

Country Status (6)

Country Link
JP (1) JP3222970U (de)
CA (1) CA3035884A1 (de)
CH (1) CH714284B1 (de)
DE (1) DE212017000209U1 (de)
GB (1) GB2568419B (de)
WO (1) WO2018048327A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110361111B (zh) * 2019-08-15 2021-11-26 广东电网有限责任公司 一种分布式光纤温度传感器温度精度测试系统及方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0133488B1 (en) * 1993-01-06 1998-04-23 Toshiba Kk Temperature distribution detector using optical fiber
RU2082119C1 (ru) * 1994-05-20 1997-06-20 Московский государственный университет леса Волоконно-оптическое мультиплексное устройство для измерения температуры
DE102008019150B4 (de) 2008-04-16 2010-07-08 BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Vorrichtung und Verfahren zur Brillouin-Frequenzbereichsanalyse
RU2482449C2 (ru) * 2008-11-27 2013-05-20 Ньюбрекс Ко., Лтд. Распределенный оптоволоконный датчик
RU2510609C2 (ru) * 2012-07-27 2014-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Устройство оптической идентификации измерительных каналов системы встроенного неразрушающего контроля на основе волоконно-оптических брэгговских датчиков

Also Published As

Publication number Publication date
GB2568419B (en) 2021-10-06
GB2568419A (en) 2019-05-15
WO2018048327A1 (ru) 2018-03-15
GB201903471D0 (en) 2019-05-01
JP3222970U (ja) 2019-09-12
DE212017000209U1 (de) 2019-04-09
CA3035884A1 (en) 2018-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2018343339B2 (en) Tailor distributed amplification for fiber sensing
DE69433154T2 (de) Optische Reflexionsmessung im Zeitbereich
CN103597328B (zh) 一种用于传感的传感器和方法
Soto et al. Impact of loss variations on double-ended distributed temperature sensors based on Raman anti-Stokes signal only
DE102013004681B4 (de) Vorrichtung und Verfahren, die optische Sensoren verwenden, die im Reflexionsmodus arbeiten.
EP2016373B1 (de) Verfahren und messeinrichtung zur räumlich verteilten und/oder entfernten messung von physikalischen grössen
EP2108931A2 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Kalibrierung eines faseroptischen Temperaturmesssystems
EP0692705B1 (de) Verfahren zur Auswertung optisch rückgestreuter Signale zur Bestimmung eines streckenabhängigen Messprofils eines Rückstreumediums
EP1796295A1 (de) Verfahren zur Detektion und Ortung von Störungen auf einer optischen Übertragungsstrecke und optisches Übertragungssystem
EP1095472B1 (de) Verfahren und anordnung zur durchführung von kontroll- und überwachungsmessungen an optischen übertragungsstrecken
CN104111086A (zh) 基于低布里渊散射阈值传感光纤的光时域反射仪的装置与方法
CH714284B1 (de) Verteilter faseroptischer Sensor.
DE212017000210U1 (de) Verteilter gestreckter faseroptischer Sensor
EP1879009B1 (de) Spektrumanalyse externer optischer Modulatoren
EP4012366B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur digitalisierung eines optischen signals sowie zur ortsaufgelösten messung von temperatur und dehnung vermittels brillouin-streuung
RU170943U1 (ru) Распределенный волоконно-оптический датчик
RU170925U1 (ru) Протяженный распределенный волоконно-оптический датчик
KR102644918B1 (ko) 감도 향상형 광섬유 음향 분포센서
CA2964881C (en) Methods to correct the spectrum distortion of ffpi sensors induced by dynamic wavelength dependent attenuation
JPH02176535A (ja) 光線路監視装置
DE10242205B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur räumlich ausgedehnten Erfassung von Betriebszuständen
DE19715466A1 (de) Meßanordnung und Verfahren zur Überprüfung und Messung passiver optischer Netzwerke
Zornoza Indart et al. Long-range hybrid network with point and distributed Brillouin sensors using Raman amplification

Legal Events

Date Code Title Description
PL Patent ceased